甲基橙离解常数的测定

预习：

1. 紫外可见分光光度计、pH酸度计的使用方法。

2. 在计算甲基橙的Ka时，各种溶液的吸光度值应如何读取？ 3. 本实验以柠檬酸-Na2HPO4为缓冲溶液来控制溶液pH，pH应控制在何范围？该缓冲溶

液应如何配制（可自己找参考书），给出方案。配制中pH是否应严格按照给定值？ 4. 拟定具体实验步骤，自行设计实验所需记录表格。

一、实验目的：

分光光度计和pH计是学生已经熟悉并掌握的常见的分析仪器，弱酸（碱）在水溶液中解离的基本原理学生也已经掌握。通过利用分光光度法测定甲基橙离解常数，让学生掌握如何综合已经熟悉的基础知识和技能来解决实际中遇到的问题。

二、实验原理：

分析中所用的指示剂或显色剂—般都是有机弱酸（或弱碱），在研究这类新试剂时，常需先测定其离解常数。该实验介绍利用分光光度法测定弱酸（或弱碱）的离解常数。 对于一元弱酸，在溶液中存在以下平衡：

HBHB

其离解常数为

[B][H] （1） Ka[HB]或

pKapHlg[HB] （2） [B]根据（1）式，只要知道溶液的pH和[HB] / [B-]，就可以计算出离解常数Ka。pH可用pH计测量，[HB] / [B-]可从溶液的吸光度获得。对于浓度为C的一元弱酸，可以准备3种溶液：一种是强酸性溶液，此时可以认为溶液中全部以HB形态存在，溶液的吸光度为AHB，

AHBHBC （3）

第二种溶液呈强碱性，HB完全离解成B-，溶液的吸光度为AB-：

ABBC （4）

如果溶液的pH在pKa附近，HB和B-在溶液存，此时的吸光度为A：

AHB[HB]B[B] （5）

C[HB][B] （6）

由（3）−（6）式不难得到

[HB]AAB （7） [B]AHBA代入（2）式，得到

pKapHlgAABAHBA （8）

由测得的溶液的pH、AHB、AB-和A。就可以算出一元弱酸HB的离解常数。对于弱碱也有类似的算法。

甲基橙为一元弱酸，当甲基橙溶液在pH为：3.1−4.4之间，存在以下平衡：

HMOHMO

在某一浓度下，不同的pH溶液中，甲基橙有如图所示的吸收光谱。最高曲线为酸式(HMO)的吸收曲线，最低曲线为碱式(MO-)的吸收曲线，其他曲线为HMO和MO-共存时的曲线，它们的形状与溶液的pH有关。从该图可以得到AHMO和AMO-，以及不同pH时所对应的A值，代入（8）式，得到pKa值。

甲基橙溶液的吸收曲线

三、实验内容与步骤：

1. 溶液配制：取7-8个50mL容量瓶，编号。移取5mL甲基橙溶液，2mL KCl溶液，5mL

控制pH用的缓冲溶液，用水稀释至刻度，摇匀。

2. pH的测定：用pH计精确测定各溶液的pH值。

3. 吸光度测定：用1cm吸收池，以水作参比，测定各溶液吸光度，记下各测定结果。

四、仪器与试剂：

仪器：紫外可见分光光度计、pH酸度计；

容量瓶：50mL 7个；

移液管：5mL，10mL各1支。 试剂：甲基橙溶液（2×10-4 mol·L-1）：称取65.4mg甲基橙，溶于水后，移至1000 mL

容量瓶中；

KCl溶液：2.5 mol·L-1； HCl溶液：2 mol·L-1；

柠檬酸溶液：0.2 mol·L-1； Na2HPO4溶液：0.4 mol·L-1。

五、注意事项：

1. pH计的测定应精确到小数点后第一位。

2. 溶液的配制将直接影响测定结果，容量瓶中甲基橙的含量尽可能相同。

六、数据处理：

用测得的吸光度值和pH值，通过上述公式得出甲基橙的离解常数Ka。

七、思考题：

1. 在测定甲基橙的离解常数时，酸式和碱式的吸收曲线是如何得到的？

2. 为什么实验中要求甲基橙的浓度要—致？本实验中甲基橙储备液浓度为2×10-4

mol·L-1，配制时需十分准确吗？ 3. 为何需加入高浓度KCl？

4. 除了分光光度法外，还可以用其它什么方法测定Ka，给出文献。

分光光度法测定甲基橙的离解常数原始记录单

班级__________________________ 实验时间__________________________

实验者________________ ________________ ________________ _________________ 测定波长______________________nm 温度_______________________________________

甲基橙溶液 （mL） 5 5 5 5 5 5 5 KCl溶液 （mL） 2 2 2 2 5 6 7 2 2 2 5 5 5 HCl溶液 （mL） 5 5 5 5 柠檬酸-Na2HPO4缓冲溶液 体积（mL） 配制pH 编号 测定pH 吸光度 1 2 3 4

所需仪器与试剂

仪器：紫外可见分光光度计： 2台；

pH酸度计： 2台； 容量瓶：50mL 32个； 量筒：50mL 1个； 移液管：5mL 6支

2mL 3支。

试剂：甲基橙溶液（2×10-4 mol·L-1）：称取65.4mg甲基橙，溶于水后，移至1000 mL

容量瓶中；

KCl溶液：2.5 mol·L-1； HCl溶液：2 mol·L-1；

柠檬酸溶液：0.2 mol·L-1； Na2HPO4溶液：0.4 mol·L-1。